SiC/YAG陶瓷复合粉体的烧结行为和力学性能

研究了分别利用共沉淀法和机械混合法制备的两种SiC/ (Al2 O3 +Y2 O3 )复合粉体的烧结行为、力学性能、YAG分布及相组成·结果表明 ,共沉淀法制备的复合材料YAG相分散均匀、反应完全、烧结致密化温度比机械混合方法低约 10 0℃ ,并具有较高的强度和相对体积质量·在175 0℃烧结 30min ,共沉淀法得到的SiC/YAG陶瓷相对体积质量为 98 8% ,抗弯强度为 5 5 3MPa ,硬度为 2 3 9GPa·

660nm单一波长Nd∶YAG陶瓷激光器

针对陶瓷晶体1319nm的谱线设计了适合的谐振腔腔镜膜系参量,采用激光二极管列阵侧向抽运掺杂1.1at%、Φ3×50mm的Nd∶YAG陶瓷,利用色散棱镜及KTP晶体Ⅱ类匹配腔内倍频,研制了一台660nm单一波长输出的高重频Nd∶YAG陶瓷红光激光器.根据陶瓷晶体的热透镜焦距设计了谐振腔的各个参量,在重复频率为1000Hz、单脉冲抽运能量约144mJ时,获得了3.9mJ的660nm脉冲激光输出,总的光-光转换效率为2.71%.为进一步研究大功率、高效率的陶瓷红光激光器奠定了基础.

Cr^(4+):YAG被动调Q Nd:YAG陶瓷激光器输出特性研究

本文对Cr4+:YAG被动调Q Nd:YAG陶瓷激光器的输出特性进行了理论和实验研究。在相同泵浦功率和不同输出耦合透过率条件下,实验测量了被动调Q陶瓷激光器的输出激光重复频率、平均输出功率以及单脉冲能量,并与理论计算结果进行了比较。研究结果表明,随着输出耦合透过率的增加,输出激光重复频率单调减小,而平均输出功率及单脉冲能量则呈现出先增加后减小的变化趋势,只是平均输出功率及单脉冲能量所对应的最佳输出耦合透过率会有所不同。

脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷瞬态热效应研究

为减弱脉冲激光二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器热效应影响,提高谐振腔稳定性以及改善激光器性能,文中利用热传导理论对脉冲激光二极管巴条侧泵激光陶瓷产生的温升及热形变场进行了解析研究。依据脉冲激光二极管巴条侧面泵浦激光陶瓷工作状态分析,建立契合实际的热分析模型,通过热传导Poisson方程求解,得到单脉冲侧泵激光陶瓷泵浦时段与泵浦间期两个阶段温度场与热形变场的一般解析表达式。定量地分析了脉冲二极管巴条侧面泵浦Nd:YAG陶瓷三维温场分布、重复脉冲泵浦过程中温度场分布,以及不同泵浦参数对温场的影响,定量分析了达到热动态平衡时泵浦面的热形变量。计算结果表明:当泵浦光功率为60 W,重复频率为100 Hz,束腰半径为150μm,钕离子掺杂质量分数为1.0%时,Nd:YAG陶瓷泵浦面产生29.6℃的温升,泵浦面与通光面产生0.95μm和0.99μm的热形变量。激光陶瓷温度场解析方法解决了使用数值分析法造成研究精确度不高的问题,该方法还可以应用到激光系统的其他热问题研究中,为减弱激光系统中的热问题提供了理论依据。

真空电子束烧结Nd:YAG陶瓷材料

采用真空条件下的电子束扫描加热方法烧结Nd:YAG陶瓷材料,研究真空电子束烧结技术和工艺参数,并对Nd:YAG陶瓷材料的结构和性能进行了测试,室温下得到了和Nd:YAG单晶接近的荧光光谱。

Cr,Nd:YAG陶瓷作为太阳光抽运材料的可行性研究

为了研究Cr,Nd:YAG陶瓷作为太阳光抽运材料的可行性,采用光纤光谱仪实际测量了太阳光谱及其吸收光谱,计算了吸收系数曲线,以及Cr,Nd:YAG陶瓷吸收谱与太阳光谱的匹配程度,并在一定假设条件下,计算了介质的阈值抽运功率密度。结果表明,Cr,Nd:YAG陶瓷在可见光和近红外波段具有较宽的吸收带,其各个吸收带的总能量占太阳常数的38.44%,达到了很高的光谱匹配程度,证实了Cr,Nd:YAG陶瓷是太阳光抽运激光器工作物质的理想选择。

反射式LD端面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器的温度场分析

针对反射式激光二极管端面泵浦Nd:YAG陶瓷激光器,建立了增益介质二次吸收的物理模型。根据热传导理论,采用有限元分析方法,定量分析了Nd:YAG陶瓷薄片介质内部的温度场分布以及温度梯度分布,讨论了影响温度场分布的主要因素。研究结果表明,Nd:YAG陶瓷薄片介质内部的温度场分布与泵浦光功率、泵浦光光斑半径、薄片厚度以及冷却方式等因素密切相关。

连续侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷激光器被动调Q研究

对比研究了808 nm激光二极管列阵侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷与Nd∶YAG单晶激光器在连续和被动调Q运转下的激光输出特性。对于Nd∶YAG陶瓷激光器,在145 W泵浦功率,平平谐振腔20%输出耦合镜透过率时,获得最大44.28 W的1 064 nm连续激光输出,光-光转化效率和斜效率分别为30.5%和38.2%.谐振腔中插入初始透过率87.89%的Cr4+∶YAG晶体作为被动调Q开关,在124 W泵浦功率下获得10.03 kHz重复频率,4.62 W平均功率,5.54 kW峰值功率的准连续激光输出。同样实验条件下利用相同尺寸和掺杂浓度的Nd∶YAG单晶进行对比,结果表明Nd∶YAG陶瓷在高功率泵浦下具有广阔的应用前景。

掺钕YAG陶瓷的显微结构和掺杂分析

利用X射线衍射(XRD)、吸收光谱、数字金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了真空烧结法制备的掺钕YAG陶瓷的显微结构和掺杂情况。结果表明:制备的Nd∶YAG激光陶瓷物相单纯,晶粒大小分布均匀,大部分晶粒尺寸在5-8μm之间,但晶界残留气孔,透明性还有待提高,与原料粉体、烧结制度有关。同时,掺杂离子Nd3+在晶界和晶粒内部均匀分布。

LiF添加对YAG陶瓷微波介电性能的影响

采用常规固相烧结法制备了YAG陶瓷,并研究了烧结温度和LiF添加量对YAG陶瓷微观结构和微波介电性能的影响。结果表明,LiF的添加不仅可以有效降低YAG陶瓷的烧结温度,而且显著提高其微波介电性能。当LiF添加量为质量分数5%时,YAG陶瓷经1500℃烧结6h后的相对密度为97.5%,显微组织较均匀、致密,具有优异的微波介电性能:εr=11.3,Q·f=67130GHz,τf=-53.4×10^-6℃^-1。当LiF添加量过多时,YAG陶瓷的气孔率增加,Q·f值显著下降。

端面抽运Nd∶YAG陶瓷1.83μm激光

报道了基于Nd∶YAG透明陶瓷4F3/2-4I15/2跃迁实现1.83μm激光输出的研究。采用简单紧凑的平凹腔结构,结合对腔镜镀膜参数的设计,控制其他能级跃迁谱线对应波长激光的透射损耗来抑制较强能级跃迁对应的激光振荡。在入射抽运功率14.6W的808nm波长半导体激光端面抽运Nd∶YAG透明陶瓷,获得了0.65 W的1.83μm激光输出,斜率效率5.8%。可见Nd∶YAG透明陶瓷可望成为获得1.8μm波段激光直接输出的激光介质。

基于Nd:YAG陶瓷的被动锁模激光器研究

Nd:YAG陶瓷具有可大尺寸、低成本制备的特点,但基于Nd:YAG陶瓷的锁模激光器尚未得到大量验证。采用Nd:YAG陶瓷作为增益介质、半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为锁模元件,优化设计了W型谐振腔。在泵浦功率为11.49 W时,获得了波长为1.06μm、重复频率为144 MHz和输出平均功率为1.25 W的稳定连续锁模激光,锁模激光的脉冲宽度为33.6 ps,单脉冲能量为8.7 nJ,峰值功率为0.26 kW。实验结果表明:Nd:YAG陶瓷作为增益介质,可应用于被动锁模超快皮秒激光器中。

Yb:YAG陶瓷纳米粉体的研究

本文采用化学均相共沉淀法,以Y(NO3)3.6H2O、Al(NO3)3.9H2O和Yb(NO3)3.5H2O为原料,尿素作为沉淀剂,聚乙二醇400为表面活性剂,制备了Yb:YAG陶瓷纳米粉体。利用扫描电镜、X射线衍射对纳米陶瓷粉体的形貌、物相结构进行了分析。结果表明:化学反应过程中添加一定量的表面活性剂,能获得尺寸均匀、分散性好、无明显团聚的纳米粉体。

振动辅助热压烧结YAG陶瓷的研究

在普通热压烧结(HP)的基础上,加上由精确控制的压力脉动系统产生的振动,在激振力的辅助下使得陶瓷在高温下的蠕变得到充分利用,可以明显降低陶瓷的烧成压力和温度,加快了不易烧结陶瓷的致密化过程。液相法制备的Nd:YAG原料活性高,烧结性能好。采取高纯BN包埋法,消除了样品渗碳现象,透光率明显提高,在1064 nm处,透光率超过70%,而且特征峰明显,峰强大,有利于激光性能的提高。

山东大学新方法实现Nd∶YAG陶瓷条形光波导

最近，山东大学物理学院陈峰教授和西班牙马德里自治大学物理材料系D．Jaque教授合作，首次报道了利用选择性氧离子注入的方法实现Nd：YAG陶瓷条形光波导的新进展。

LiF对热压烧结YAG陶瓷的影响及其阻抗谱分析

该文以氟化锂(LiF)为烧结助剂,通过热压烧结(HP)的方式制备出钇铝石榴石(Y3Al5O12,YAG)透明陶瓷。表征了YAG透明陶瓷的光学性能及微观结构,并结合电化学阻抗谱进一步分析了LiF对热压烧结YAG陶瓷性能的影响。结果表明,LiF作为烧结助剂有利于促进YAG陶瓷晶粒的增长,有助于提高YAG陶瓷的致密度;阻抗谱分析显示,添加较多LiF的YAG陶瓷的晶界电阻较大,这表明LiF有助于晶界处“碳污染”等杂质的排除。当w(LiF)=1.0%时,通过真空热压烧结在1450℃、50MPa保温1h可以制备出高性能的YAG透明陶瓷,样品在400nm波长处直线透过率为58%,在1100nm波长处直线透过率为68%,在2500nm波长处直线透过率达到75%。

激光照明用YAG∶Ce-CaF_(2)荧光陶瓷的冷烧结制备

荧光陶瓷是激光照明的关键材料。为探究低温制备荧光陶瓷的可行性,采用冷烧结工艺在425℃成功制备了致密度高、晶粒尺寸均匀、相界分明的YAG∶Ce-CaF_(2)复合荧光陶瓷。结果表明:发光相与基体之间没有可检测到的界面反应;制备的荧光陶瓷具有较高的量子效率(74.3%)、较好的热导率(室温可达9.4 W·m^(-1)·K^(-1))、优异的热稳定性(在400 K时发光强度仅损失4.3%);在蓝光激光(451 nm)激发下,复合荧光陶瓷表现出良好的黄光发射,并展现出光通量为910.7 lm和流明效率为91.07 lm·W^(-1)的高亮度白色激光照明,其荧光寿命无衰减(66 ns),相关色温为4483~8247 K,显色指数为73.4~83.6。冷烧结工艺是低温条件下制备性能优良荧光陶瓷的新方法。

考虑微结构特征的陶瓷材料含损伤本构模型

为了研究不同微结构陶瓷材料的冲击破坏特征,以从微结构角度出发、描述陶瓷材料非弹性变形和断裂行为的Deshpande-Evan模型为基础构建本构模型,计算了无约束条件下材料的应力状态。为了验证改进模型的有效性,将VUMAT子程序编程方法将与ABAQUS有限元软件相结合,并将其应用于典型陶瓷材料(YAG透明陶瓷)冲击破坏过程的分析模拟。采用改进模型分析应变率、应力三轴度、晶粒尺寸及初始缺陷分布密度对YAG透明陶瓷动态力学行为和损伤演化机制的影响规律。结果表明:随着晶粒尺寸和裂纹分布密度的增加,YAG透明陶瓷破坏程度随之加剧,完全损伤区域面积也随之增加,晶粒尺寸对YAG透明陶瓷宏观破坏特征的影响程度要大于裂纹分布密度;YAG透明陶瓷失效强度以及断裂应变随着晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度的增大而减小;随着应变率不断增加,YAG透明陶瓷在不同晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度下的峰值应力和断裂应变均随之增加;裂纹扩展速度会随着晶粒尺寸的增加呈现出先增加而后平缓的趋势,裂纹扩展速度与初始缺陷分布密度系数成线性关系。改进模型可以描述YAG透明陶瓷微结构对其宏观破坏特征的影响,为进一步分析微结构对陶瓷材料宏观破坏特征的影响提供支撑。

Cr^(4+)∶YAG被动调QNd∶YAG陶瓷激光器的研究

介绍了近几年迅速发展的一种新型激光介质———透明Nd∶YAG多晶陶瓷的发展状况,对比分析了多晶陶瓷与单晶的光谱特性、激光特性和连续实验研究情况。并对钛宝石激光器调谐至808 nm,端面抽运Nd∶YAG陶瓷被动调Q全固态激光器的脉冲运转进行了较为详细的理论分析和实验研究。采用初始透射率为90%的Cr4+∶YAG可饱和吸收晶体,被动调Q的阈值功率为119 mW,当端面抽运功率为465 mW时,获得波长为1064 nm,脉宽为16ns,重复频率为18.18 kHz,单脉冲能量为3.4μJ,平均输出功率为61 mW的稳定调Q激光输出。采用不同初始透射率的Cr4+∶YAG晶体进行了实验和对比分析。